低附著(zhù)路面的彎道制動(dòng)控制策略研究

汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統（ABS）在彎道工況工作時(shí)，需要考慮轉向對穩定性造成的影響。為了提高汽車(chē)在彎道制動(dòng)的穩定性，傳統方法是通過(guò)制動(dòng)減小離心力達到穩定車(chē)身的效果[1]；通過(guò)分配車(chē)輪制動(dòng)力或采用主動(dòng)轉向技術(shù)，實(shí)現對車(chē)輛穩定性控制[2-3]。但是，由于載荷轉移造成車(chē)輛失穩導致轉向制動(dòng)過(guò)程中的穩定性不能得到有效解決。為此，本文從轉向過(guò)程中的整車(chē)力學(xué)特性分析著(zhù)手，研究轉向與制動(dòng)力之間的關(guān)系，綜合傳統方法，找出能夠解決上述問(wèn)題的控制策略。

1 車(chē)輛失穩的原因分析

1.1 車(chē)輛轉向模型

考慮到汽車(chē)結構的復雜性，需要對其進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化：

(1) 認為整車(chē)是由車(chē)身和4個(gè)輪胎組成，其中車(chē)身為一個(gè)剛體；

(2) 忽略側傾角對整車(chē)動(dòng)力性能的影響；

(3) 認為汽車(chē)的初始狀態(tài)是在穩定圓周上勻速行駛。

以左轉彎為例建立7自由度汽車(chē)轉向模型,

式中m 為整車(chē)質(zhì)量，νx為車(chē)體的縱向車(chē)速，νy為車(chē)體的側向車(chē)速，a、b 為車(chē)輛重心離前、后軸距離，c 為輪距，h為質(zhì)心高度，δ 為轉向輪角度，ω 為車(chē)輪角速度，γ 為橫擺角速度，Iz為車(chē)輛繞坐標o 的轉動(dòng)慣量，J 為車(chē)輪轉動(dòng)慣量，Fx (1, 2, 3, 4)、Fy (1,2, 3,4)
為車(chē)輪對地的縱向和側向力，Fzi為車(chē)輪載荷，T 為制動(dòng)力矩，μ 為地面摩擦系數，Fb
為制動(dòng)力。

1.2 車(chē)輛失穩的原因

汽車(chē)轉向過(guò)程中， 由于前輪的側偏角導致汽車(chē)產(chǎn)生側向力，使得汽車(chē)產(chǎn)生橫擺角速度，進(jìn)而使后輪產(chǎn)生側偏角和側向力。在整個(gè)過(guò)程中，可能影響汽車(chē)穩定性的因素有：
(1) 車(chē)輪抱死。根據單輪模型， 為防止車(chē)輪抱死， 制動(dòng)器制動(dòng)力必須小于地面給車(chē)輪的摩擦力[ 4]：
FbμFzi (11)
(2) 離心力引起側滑。車(chē)輛以速度Vx在半徑為r 的圓周上運動(dòng)，一旦離心力大于輪胎提供的側向力Fy，就會(huì )造成車(chē)輛失穩。

(3) 汽車(chē)在某些行駛工況下造成的過(guò)度轉向。研究表明， 轉向不足的車(chē)輛具有一定高速穩定性，但一般情況下，車(chē)輛在彎道制動(dòng)時(shí)會(huì )有向內側偏轉的趨勢[ 5]。造成這種趨勢的原因。是車(chē)輛制動(dòng)時(shí)后輪載荷較大程度地向前輪轉移，使得正向力矩大于反向力矩。

2 控制邏輯設計

2.1 方案分析

根據對彎道制動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性分析， 解決汽車(chē)穩定的關(guān)鍵在于設計合理的ABS 算法,實(shí)現汽車(chē)在彎道路面的穩定控制。當車(chē)輛在濕滑的彎道路面制動(dòng)時(shí)，車(chē)輛更容易出現因車(chē)輪不能提供足夠的側向力而導致的側滑現象。通過(guò)制動(dòng)降低車(chē)速減小離心力，但制動(dòng)力過(guò)大，車(chē)輪滑移率將會(huì )超過(guò)輪胎穩定性范圍，車(chē)輪開(kāi)始抱死，縱向力和側向力都會(huì )急劇減小。因此，要將車(chē)輪滑移率控制在穩定范圍內，防止車(chē)輪出現抱死。由式(11) 得到車(chē)輪不抱死的縱向最大制動(dòng)力Fb1與垂直載荷的關(guān)系為：
Fb1≤μFz (12)

根據附著(zhù)橢圓關(guān)系：

實(shí)線(xiàn)力產(chǎn)生的正向力矩為M1，虛線(xiàn)力產(chǎn)生的逆向力矩為M2。為了糾正汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中的轉向過(guò)度，可以通過(guò)減小正向力矩來(lái)實(shí)現。然而減小Fx1的同時(shí)會(huì )增加Fy1,從一定程度上抵消了減小Fx1產(chǎn)生的作用；而減小Fx3的同時(shí)會(huì )增加Fy3，進(jìn)一步糾正了轉向過(guò)度。因此減小Fx3是糾正轉向過(guò)度最有效的方法。

　為了滿(mǎn)足對各車(chē)輪不同制動(dòng)壓力的控制，通過(guò)改進(jìn)控制算法，采用以滑移率為主、輪加速度為輔的控制參數，針對參數設置合適的門(mén)限值完成對汽車(chē)的控制。

2.2 邏輯設計

根據制動(dòng)壓力、車(chē)輪速度和地面附著(zhù)力的關(guān)系，將每個(gè)ABS控制循環(huán)分為增、減和保壓3種狀態(tài)，增壓狀態(tài)又包含階梯增壓,為了區別把內側后輪定義為特殊輪，其余車(chē)輪為普通輪。
結合轉向過(guò)程分析， 設置Sr、S0、S1、S2、S2S、S3、S4 7 個(gè)滑移率門(mén)限值，A2、A3、A3S 3 個(gè)加速度門(mén)限值。根據方案分析得到的結論可知門(mén)限值之間關(guān)系為：S1≥Sr>S2>S3>S2S，Sr>S0>S4，A2A3A3S?？刂撇呗粤鞒倘鐖D3 所示。